【手続補正書】
【提出日】平成18年9月27日(2006.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
基板上に、バッファー層、反強磁性層、固定層、平均自由行程以下のナノ接合部を１又は２以上有する絶縁層、強磁性層で形成されている自由層、及び磁気安定制御層がその順に形成され、
前記固定層が、前記反強磁性層側から第１強磁性層、非磁性層及び第２強磁性層の順で形成されており、
前記磁気安定制御層が、前記自由層側から非磁性層、強磁性層及び反強磁性層の順で形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
基板上に、バッファー層、強磁性層で形成されている自由層、平均自由行程以下のナノ接合部を１又は２以上有する絶縁層、固定層、及び反強磁性層がその順に形成された積層体と、当該積層体の両方の側面に形成された絶縁壁と、前記積層体の両方の側面に当該絶縁壁を介して設けられた磁気安定制御層とを有し、
前記固定層が、前記絶縁層側から第１強磁性層、非磁性層及び第２強磁性層の順で形成されており、
前記磁気安定制御層が、強磁性層及び反強磁性層で形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記第１の目的を達成する本発明の磁気抵抗効果素子は、基板上に、バッファー層、反強磁性層、固定層、平均自由行程以下のナノ接合部を１又は２以上有する絶縁層、強磁性層で形成されている自由層、及び磁気安定制御層がその順に形成され、前記固定層が、前記反強磁性層側から第１強磁性層、非磁性層及び第２強磁性層の順で形成されており、前記磁気安定制御層が、前記自由層側から非磁性層、強磁性層及び反強磁性層の順で形成されていることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明によれば、平均自由行程以下のナノ接合部を１又は２以上有する絶縁層が、いずれも強磁性層で形成されている自由層と固定層との間に設けられているので、得られたボトムタイプの磁気抵抗効果素子は、そのナノ接合部に由来するＢＭＲ効果により高感度の信号検出を行うことができる。さらに本発明によれば、自由層上に形成された磁気安定制御層が、自由層側から非磁性層、１層又は２層の強磁性層及び反強磁性層の順で形成されているので、その構成に由来する静磁エネルギーの低減作用と、端面に発現する静磁荷の発生を抑圧する作用とにより、高い磁気的安定性を確保することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、上記第１の目的を達成する本発明の磁気抵抗効果素子は、基板上に、バッファー層、強磁性層で形成されている自由層、平均自由行程以下のナノ接合部を１又は２以上有する絶縁層、固定層、及び反強磁性層がその順に形成された積層体と、当該積層体の両方の側面に形成された絶縁壁と、前記積層体の両方の側面に当該絶縁壁を介して設けられた磁気安定制御層とを有し、前記固定層が、前記絶縁層側から第１強磁性層、非磁性層及び第２強磁性層の順で形成されており、前記磁気安定制御層が、強磁性層及び反強磁性層で形成されていることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
この発明によれば、平均自由行程以下のナノ接合部を１又は２以上有する絶縁層が、いずれも強磁性層で形成されている固定層と自由層との間に設けられているので、得られたトップタイプの磁気抵抗効果素子は、そのナノ接合部に由来するＢＭＲ効果により高感度の信号検出を行うことができる。さらに本発明によれば、ＢＭＲ効果を奏する積層体の両方の側面に、絶縁壁を介して設けられた強磁性層及び反強磁性層からなる磁気安定制御層が配置されているので、高い磁気的安定性を確保することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明のボトムタイプの磁気抵抗効果素子１０は、図１に示すように、基板１上に、バッファー層２、反強磁性層３、固定層４、平均自由行程以下のナノ接合部５を１又は２以上有する絶縁層６、強磁性層で形成されている自由層７及び磁気安定制御層８がその順に形成されている素子である。そして、固定層４が、反強磁性層３の側から第１強磁性層４Ａ、非磁性層４Ｂ及び第２強磁性層４Ｃの順で形成されており、磁気安定制御層８が、自由層側から非磁性層８Ａ、１層又は２層の強磁性層８Ｂ（８Ｂ’、８Ｂ”）及び反強磁性層８Ｃの順で形成されている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
（ナノ接合部）
ボトムタイプの磁気抵抗効果素子において、ナノ接合部５は、その周囲が絶縁層６で囲まれる態様で絶縁層中に設けられ、スピン分極率が０．５以上の強磁性材料で形成されている。そうした強磁性材料としては、各種の強磁性材料を用いることが可能であるが、Ｆｅ（スピン分極率：０．５）、ＣｏＦｅ（スピン分極率：０．６〜０．８）、ＣｏＦｅＮｉ（スピン分極率：０．６〜０．８）等の強磁性金属群、ＣｒＯ２（スピン分極率：０．９〜１）等の強磁性半金属群、及びＦｅ３Ｏ４（スピン分極率：０．９〜１）等の強磁性酸化物群から選択される材料が好ましく用いられる。なお、特に好ましい強磁性材料としては、ＣｏＦｅを挙げることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
図２は、図１の磁気抵抗効果素子を構成するナノ接合部５の拡大図である。ナノ接合部５の幅方向（積層方向に直交する方向）の長さｄ１、すなわち図１及び図２を正面視したときの左右方向の長さｄ１は、平均自由行程以下の長さになっている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
このナノ接合部５は、図１に示す磁気抵抗効果素子１０を平面視した場合の面内方向（面を構成する２次元方向）に現れる形状として、円形、楕円形、角形（三角形、四角形、等々）又はそれらに近似する形状で形成される。そのため、上記の幅方向（積層方向に直交する方向）の長さｄ１とは、言い換えれば、図１に示す磁気抵抗効果素子１０を平面視した場合における「ナノ接合部５の面内方向の最大長さｄ１」と規定できる。従って、本発明においては、その最大長さｄ１が平均自由行程以下の長さになっている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
ナノ接合部５の幅方向の長さｄ１は、平均自由行程以下であることが好ましい。平均自由行程は材料固有の値であり、ナノ接合部５を形成する強磁性材料により異なるが、多くの強磁性材料は５ｎｍ〜１５ｎｍ程度であるので、「平均自由行程以下」とは、「１５ｎｍ以下」、乃至「５ｎｍ以下」と規定することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
一方、ナノ接合部５の積層方向（高さ方向）の長さｄ２（図１及び図２を正面視した場合においては上下方向の長さ）も、上記の幅方向の長さｄ１と同様に、平均自由行程以下であることが好ましい。具体的には上記と同様に「１５ｎｍ以下」、乃至「５ｎｍ以下」とすることができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
ナノ接合部５の幅方向の長さｄ１及び積層方向の長さｄ２が平均自由行程を超えた寸法である場合は、磁化が反並行の場合にナノ接合部５の磁壁は非常に厚くなり、そのナノ接合部５を通過する電子はスピン情報を保つことが難しくなる。その結果として、磁化の方向の変化に起因した磁気抵抗効果が得られ難くなることがある。従って、本発明においては、その寸法がスピン情報をよく保つことができる点で効果のある平均自由行程以下であることが望ましい。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
すなわち、ナノ接合部５の幅方向の長さｄ１及び積層方向の長さｄ２が平均自由行程以下になると、そのナノ接合部５が極薄磁壁の発生部となり、そのナノ接合部５を挟む態様で設けられている固定層４と自由層７との間の相対的な磁化の配置関係を変化させることができる。これにより固定層４と自由層７との間の電気抵抗が変化する。本発明の磁気抵抗効果素子の場合、基本的に、磁場印加方向を変えても電気抵抗が磁場により減少する磁場領域が存在することから、ここで発生する磁気抵抗効果は、ナノ接合部５の部分で形成された磁壁により発生する磁気抵抗効果であるといえる。ここで、ナノ接合部５の磁壁は、磁化方向を異にする２つの部分（ナノ接合部５を挟む２つの強磁性層４Ｃ，７。図１を参照。）の遷移領域として作用する。そして、本発明においては、磁化方向及び印加磁場の大きさに応じて５０％以上の大きな磁気抵抗効果が発生する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
１又は２以上のナノ接合部５を挟むように配置される２つの強磁性層は、固定層４のナノ接合部側に配置される第２強磁性層４Ｃと、自由層７をなす強磁性層のことである。本発明においては、これらの強磁性層がスピン分極率が０．５以上の強磁性材料で形成されている。そうした強磁性材料としては、各種の強磁性材料を用いることが可能であるが、上記のナノ接合部５と同様の材料が好ましく用いられ、例えば、Ｆｅ（スピン分極率：０．５）、ＣｏＦｅ（スピン分極率：０．６〜０．８）、ＣｏＦｅＮｉ（スピン分極率：０．６〜０．８）等の強磁性金属群、ＣｒＯ２（スピン分極率：０．９〜１）等の強磁性半金属群、及びＦｅ３Ｏ４（スピン分極率：０．９〜１）等の強磁性酸化物群から選択される材料が好ましく用いられる。なお、特に好ましい強磁性材料としては、ＣｏＦｅを挙げることができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
固定層４を構成する第１強磁性層４Ａ及び第２強磁性層４Ｃは、前記したスピン分極率が０．５以上の各種の強磁性材料を用いることが可能であるが、ＣｏＦｅ等の材料が特に好ましく用いられる。この場合において、２つの強磁性層４Ａ，４Ｃは、同一の材料で形成しても、異なる材料で形成してもよい。また、その厚さも、同じであっても異なっていてもよいが、スパッタリングや蒸着等の方法で通常２〜１０ｎｍの厚さで成膜される。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
自由層７である第３強磁性層は、上述したようなスピン分極率が０．５以上の各種の強磁性材料を用いることが好ましい。具体的には、ＣｏＦｅ等の材料が特に好ましく、スパッタリングや蒸着等の方法で通常０．５〜５ｎｍの厚さで成膜される。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
本発明のトップタイプの磁気抵抗効果素子２０は、ナノ接合部の上下に配置された自由層と固定層とが図１に示したボトムタイプの磁気抵抗効果素子１０とは上下反対側に配置されている態様である。具体的には、図４に示すように、基板２１上に、バッファー層２２、強磁性層で形成されている自由層２３、平均自由行程以下のナノ接合部２４を１又は２以上有する絶縁層２５、固定層２６、及び反強磁性層２７がその順に形成された積層体３０と、その積層体３０の両方の側面に形成された絶縁壁３１と、その積層体３０の両方の側面に絶縁壁３１を介して設けられた磁気安定制御層４０とを有する素子である。そして、固定層２６が、絶縁層２５の側から第１強磁性層２６Ａ、非磁性層２６Ｂ及び第２強磁性層２６Ｃの順で形成されており、各磁気安定制御層４０が、強磁性層４０Ａと反強磁性層４０Ｂとの積層体で形成されている。